(57)【要約】【課題】コア層の膜厚変動による記録情報の再現性の劣化を防止する。【解決手段】光メモリ１０は、コア層１１と、コア層１１より屈折率が小さいクラッド層１２とが２つの樹脂フイルム１３間に交互に積層され、コア層１１とクラッド層１２との一方の界面に、導波光の波長とほぼ等しい周期でリブ１５が配設されている。コア層１１とクラッド層１２との屈折率差を０．００２５以下とすることにより、コア層１１内の伝搬定数の変動およびリブ１５からの回折光の乱れを、干渉パターンを乱さない範囲内に抑制し、記録情報の再現性の劣化を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層と、前記コア層より屈折率が小さいクラッド層とが交互に積層され、前記コア層と前記クラッド層との一方の界面に、導波光の波長とほぼ等しい周期で散乱体を配設してなる光導波路型の光メモリにおいて、
前記コア層と前記クラッド層との屈折率差を０．００２５以下としたことを特徴とする光メモリ。
【請求項２】
前記コア層の厚さを１．４μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の光メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア層とクラッド層とを交互に積層してなる光導波路型の光メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィーを用いた記録技術が従来から知られており、近年、コア層とクラッド層との一方の界面に、コア層内の導波光の波長とほぼ等しい周期でリブ（散乱体）を配設したTE波シングルモードスラブ光導波路を多層に積層してなる光導波路型ホログラムメモリ（Read Only Memory：ROM）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
記録情報の再生のためにコア層に入射された光は、シングルモードとして光導波路内を伝搬し、一部がリブによって上下方向（平面の法線方向）に散乱される。リブが導波光の波長とほぼ等しい周期で配列されているため、各リブからの散乱光（回折光）は位相が揃っており、互いに干渉し合う。また、リブの配置パターンは、デジタル化された元情報をコンピュータ計算ホログラム（Computer Generated Hologram：CGH）によって求めたものであり、リブ全体からの回折光が形成する干渉パターンをイメージセンサで受光し、デジタル情報に復調することで、記録情報が再現する。
【特許文献１】特開平１１−３４５４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記光導波路型ホログラムメモリでは、各リブからの回折光の位相がずれると、干渉パターンに乱れ（伸び、ぼけ等）が生じて記録情報の再現性が低下する（情報の読み取りエラー）という問題がある。詳細な検討の結果、回折光の位相ずれは導波光の伝搬定数の変化が大きな原因であり、特に、光導波方向にコア層の膜厚変動が生じる場合に、その膜厚に応じて導波光の伝搬定数が変化するために、データの読み取りエラーが多く発生することを突き止めた。一般に、導波路は光硬化ポリマーを材料にスピンコーターによって作製されるため、光照射時のポリマー収縮の不均一性により、コア層厚を導波方向に均一にすることは難しく、読み取りエラーを無くすことは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、コア層の膜厚変動による記録情報の再現性の劣化を防止することができる光メモリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の光メモリは、コア層と、前記コア層より屈折率が小さいクラッド層とが交互に積層され、前記コア層と前記クラッド層との一方の界面に、導波光の波長とほぼ等しい周期で散乱体を配設してなる光導波路型の光メモリにおいて、前記コア層と前記クラッド層との屈折率差を０．００２５以下としたことを特徴とする。なお、前記コア層の厚さは１．４μｍ以下が望ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コア層とクラッド層との屈折率差を０．００２５以下とすることにより、コア層内の伝搬定数の変動および散乱体からの回折光の乱れを、干渉パターンを乱さない範囲内に抑制し、記録情報の再現性の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１において、光メモリ１０は、平面状のコア層１１とクラッド層１２とが２つの樹脂フイルム１３間に交互に積層されてなる。コア層１１は、導波光がＴＥ波に対してシングルモードとなるように形成されており、クラッド層１２は、導波光をコア層１１に閉じ込め、上下のコア層への光カップリングが生じないように形成されている。
【０００９】
コア層１１およびクラッド層１２は、紫外線硬化樹脂によって形成されている。コア層１１の膜厚は１μｍ程度、クラッド層１２の膜厚は１０μｍ程度である。コア層１１の屈折率はクラッド層１２の屈折率より僅かに大きい。１つのコア層１１と、その上下に積層されたクラッド層１２とによって光導波路１４が構成されている。
【００１０】
コア層１１とクラッド層１２との一方の界面には、導波光の一部を散乱（回折）させるリブ（散乱体）１５が形成されている。リブ１５は、コア層１１内の導波光の波長とほぼ等しい配列周期を有する。具体的に、コア層１１に入射されるレーザ光の波長を６６０ｎｍ、コア層１１の屈折率を１．５２とすると、これにより算出される導波光の波長（約４４０ｎｍ）に合わせて、リブ１５の配列間隔は約４４０ｎｍと設定される。リブ１５は、光メモリ１０に記録すべきデジタル情報を２次元符号化し、その符号化されたデジタル情報を元に、計算機によって合成された凹凸パターン（計算機ホログラムと称される）を転写することによって形成される。このリブ１５の形成領域は、ホログラム領域と称される。
【００１１】
リブ１５は、上記のように導波光の波長とほぼ等しい周期で配列されているため、リブ１５によって回折された回折光は位相が揃っており、互いに干渉し合う。この回折光は、他の光導波路１４を上下に通過するが、このとき回折光が他の光導波路１４に含まれるリブ１５で乱されることのないように設計されている。つまり、光導波路１４間でクロストークが生じることのないように設計されている。リブ１５の高さは、具体的には１００ｎｍ程度である。光は、リブ１５の高さにコア層１１とクラッド層１２との屈折率差を乗じた高低差（凸凹）を感じる。例えば、コア層１１の屈折率が１．５２、クラッド層１２の屈折率が１．５１であって、屈折率差が０．０１の場合、コア層１層あたりの回折光波面攪乱は１ｎｍ程度の凸凹に相当することになる。この凸凹は、レーザの使用波長λ＝６６０ｎｍに対してλ／６６０であり、光学的には平坦とみなすことができる。コア層１１が１００層積層された場合でも、光学平坦度はλ／６６であり、他のコア層中、リブ１５の凸凹による波面攪乱は無視できるレベルにある。
【００１２】
光メモリ１０から記録情報を読み出すには、図２に示すように、レーザ光源から発せられたレーザ光をシリンドリカルレンズ１６によってｙ方向に平行な平行ビームとし、光メモリ１０の端面から所望のコア層１１に入射させる。コア層１１に入射されたレーザ光は、シングルモードの導波光となってコア層１１内をｚ方向に伝搬し、その一部がリブ１５によって回折される。各リブ１５からの回折光は、光メモリ１０の上面からｘ方向に放出される。回折光は互いに位相が揃っており、すべての回折光が互いに干渉し合って干渉パターンとなる。
【００１３】
この干渉光によって形成される干渉パターンの一部は、光メモリ１０の上方に配置された光マスク１７の開口１７ａを通過して、ＣＣＤイメージセンサ１８に投影される。光マスク１７は、複数の開口の中から所望の１つを順次選択して開けることができ、干渉光を選択的にＣＣＤイメージセンサ１８に投影することができる。ＣＣＤイメージセンサ１８が撮像した干渉光をデジタル信号に復調し、所定の画像処理を行うことで、元の記録情報が再現する。この情報再生方法は、直交開口多重法と呼ばれるものであり、１つの光導波路１４に複数の情報を多重に記録し、記録情報をそれぞれ独立に読み出すことができる。
【００１４】
干渉パターン中の輝点は、各リブ１５からの回折光の位相が揃っている場合には、設計通りの形状となって記録情報の再現性はよいが、各リブ１５からの回折光の位相が乱れている場合には、設計通りの形状とならず記録情報の再現性が低下する。この回折光の位相の乱れは、コア層１１内における導波光の伝搬定数の変動に依存し、伝搬定数は、コア層１１の膜厚とコアとクラッド層との比屈折率差によって決定される。
【００１５】
次に、光導波路理論に従い、コア層１１の膜厚ｄ、およびコア層１１とクラッド層１２との屈折率差ΔＮをパラメータとして伝搬定数を計算した（クラッド層１２の屈折率は１．５１に固定）。図３（Ａ）は、屈折率差ΔＮと伝搬定数との関係を、種々の膜厚ｄ（１．１μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ）について示す。図３（Ｂ）は、膜厚ｄと伝搬定数との関係を、種々の屈折率差ΔＮ（０．００５、０．００７５、０．０１）について示す。これにより、膜厚ｄが小さいほど、屈折率差ΔＮが小さいほど伝搬定数の変動量が小さいことが分かる。
【００１６】
また、光導波方向（ｚ方向）への周期的な膜厚変動に対する記録情報の再現性（ビットエラーレート：ＢＥＲ）を調べるため、図４に示すようにコア層１１をモデル化した。ｄはコア層１１の平均的な膜厚、Δｄは膜厚ｄに対する変動量、Ｔは膜厚変動の周期である。なお、膜厚変動を階段状と単純化し、膜厚（ｄ＋２Δｄ）の領域と、膜厚（ｄ−２Δｄ）の領域とを、半周期Ｔ／２ごとに繰り返すようにしている。また、リブ１５の配列周期は、膜厚変動周期Ｔより十分に小さく、図示は省略している。
【００１７】
このモデル化において、ＢＥＲを、コンピュータシミュレーションにより、種々の膜厚ｄ（１．１μｍ、１．２μｍ、１．４μｍ）および種々の屈折率差ΔＮ（０．００２５、０．００５、０．０１）について求めた。なお、膜厚変動量Δｄおよび変動周期Ｔは、製造時に発生する制御不能なパラメータであり、Δｄ＝５０ｎｍ〜５００ｎｍ、Ｔ＝２５０μｍ〜２０００μｍと想定した。ＢＥＲは、ビットエラー数を読み出した記録情報の総ビット数で割った値である。
【００１８】
図５は、ΔＮ＝０．００２５に対するＢＥＲの計算結果を示し、図６は、ΔＮ＝０．００５に対するＢＥＲの計算結果を示し、図７は、ΔＮ＝０．０１に対するＢＥＲの計算結果を示す。ΔＮ＝０．００２５の場合には、いずれの膜厚ｄに対してもビットエラーの発生はなく、ΔＮ＝０．００５およびΔＮ＝０．０１の場合には、いずれの膜厚ｄに対してもビットエラーが発生した。また、膜厚変動量Δｄまたは変動周期Ｔが大きいほどビットエラーが発生しやすく、ビットエラーが発生した場合、干渉パターンには、伸びやぼけが生じることが分かった。
【００１９】
上記の結果から、膜厚変動による記録情報の再現性の劣化を防止するには、ΔＮ≦０．００２５とするように光導波路１４を設計すればよい。これにより、コア層１１内の伝搬定数の変動、およびリブ１５からの回折光の乱れが、干渉パターンを乱さない範囲内に抑制される。
【００２０】
また、比屈折率差は、ΔＮ／Ｎ１×１００（％）と表される（Ｎ１はコア層１１の屈折率）。ΔＮ＝０．００２５の場合、クラッド層１２の屈折率は１．５１、コア層１１の屈折率は１．５１２５であるので、ΔＮ／Ｎ１×１００＝０．１６５％となる。よって、比屈折率の観点から膜厚変動による記録情報の再現性の劣化を防止するには、比屈折率差を０．１６５％より小さくするように光導波路１４を設計すればよい。
【００２１】
次に、本発明の効果を実証するために、屈折率差の異なる光メモリを２種類作製した。このうち一方の光メモリＡでは、クラッド層の屈折率を１．５１、コア層の屈折率を１．５１２５、すなわち屈折率差を０．００２５とし、コア層厚は１．４μｍとした。もう一方の光メモリＢでは、クラッド層の屈折率を１．５１、コア層の屈折率を１．５２、すなわち屈折率差を０．０１とし、コア層厚は１．４μｍとした。これらの光メモリＡ，Ｂは、５層のコア層からなる多層膜化されており、その他基板材料、光照射強度などの媒体作製条件はすべて等しくした。なお、上記の屈折率は、波長６６０ｎｍの光に対するものである。
【００２２】
光メモリＡ，Ｂに転写したホログラム領域は、１つのコア層にリブからの回折光の干渉によって４８０００個の輝点パターンが形成されるようホログラム（凹凸パターン）を作り込んだ。光メモリの性能評価は、１層のコア層から生じる輝点パターンをＣＣＤイメージセンサで撮像してデコードを行い、全輝点数４８０００個と、読み取り不能であった輝点数Ｎとの比を用いて行った。すなわち読み取り不能輝点数Ｎ＝４８００個の場合、ＢＥＲ＝４８００／４８０００＝１０−１、Ｎ＝４８０の場合、ＢＥＲ＝１０−２、Ｎ＝４８の場合、ＢＥＲ＝１０−３となる。なお、ＢＥＲ≦１０−４であれば、エラーコレクションが可能であるため、性能が実用レベルにあるとした。
【００２３】
実際に作製した、２種類の光メモリＡ，Ｂのコア層厚は、光導波方向に、周期Ｔ＜２５０μｍの膜厚分布がほぼ周期的に存在することを、マイケルソン干渉計を用いて観測した。
【００２４】
この光メモリＡ，ＢのＢＥＲ測定の条件として、各光メモリの光入射端からホログラム領域までの距離を約１０ｍｍとし、波長６６０ｎｍのＬＤ光源およびシリンドリカルレンズを用いて光を各光メモリのコア層へ入射した。また、ホログラム領域の真上に、各光メモリの最表面から約５ｍｍの位置にＣＣＤイメージセンサの受光面を配置し、ホログラム領域から発せられた回折光を撮像してデコードを行った。
【００２５】
その結果、光メモリＡでは、５層のコア層においてすべてＢＥＲ≦５×１０−４となり、エラーフリーであった。一方、光メモリＢでは、ＢＥＲ≧１０−３であった。このように、本発明が有効であることを確認した。
【００２６】
以上述べたように、コア層とクラッド層との屈折率差が０．００２５以下であれば、コア層の膜厚揺らぎがあっても高性能な実用レベルの光メモリを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】光メモリの構成を示す縦断面図である。
【図２】光メモリの使用形態を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は、コア層−クラッド層間の屈折率差と伝搬定数との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、コア層の膜厚と伝搬定数との関係を示すグラフである。
【図４】コンピュータシミュレーションのためにモデル化したコア層を示す図である。
【図５】ΔＮ＝０．００２５におけるＢＥＲの算出結果を示す図である。
【図６】ΔＮ＝０．００５におけるＢＥＲの算出結果を示す図である。
【図７】ΔＮ＝０．０１におけるＢＥＲの算出結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  光メモリ
１１  コア層
１２  クラッド層
１３  樹脂フイルム
１４  光導波路
１５  リブ
１６  シリンドリカルレンズ
１７  光マスク
１７ａ  開口
１８  ＣＣＤイメージセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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